2018年  46卷  第1期

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中国石化页岩气工程技术新进展与发展展望
路保平, 丁士东
2018, 46(1): 1-9. doi: 10.11911/syztjs.2018001
摘要:
中国石化在持续完善中深层页岩气工程技术链的基础上,为满足深层页岩气及常压页岩气高效开发的需求,重点开展了基于甜点评价的地质工程一体化设计、随钻地层精细评价、优快钻井、新型油基钻井液、新型弹韧性水泥浆与泡沫水泥浆固井、体积压裂新工艺、新型分段压裂工具、高效压裂液、页岩气测试及产能评价和大型压裂机组研制等技术攻关,初步形成了深层和常压页岩气工程技术链,有力支撑了涪陵页岩气田产能建设和深层与常压页岩气的勘探开发。综述了中国石化页岩气工程技术最新进展,并结合我国页岩气勘探开发需求,提出了进一步完善中深层页岩气工程技术链、继续攻关完善形成深层页岩气工程技术链、发展形成常压页岩气工程技术链的页岩气工程技术发展思路。
钻井卸载对泥页岩地层井壁稳定性的影响
刘向君, 丁乙, 罗平亚, 梁利喜
2018, 46(1): 10-16. doi: 10.11911/syztjs.2018005
摘要:
钻进泥页岩地层时井壁易失稳,且井周岩石极易因钻井卸载产生诱导缝,导致岩石强度降低,从而加剧井壁失稳。因此,为确保泥页岩地层井壁的稳定,采用三轴力学试验仪模拟钻井卸载过程中的岩石应力变化过程,分析了卸载对泥页岩力学特性的影响,采用回归方法回归了泥页岩内聚力、内摩擦角与卸载幅度的关系,并将该关系引入到常规井壁稳定性模型中,建立了考虑卸载作用的泥页岩井壁稳定性模型。结果表明:卸载会使泥页岩的强度降低,随着卸载幅度变大,泥页岩强度的降低幅度增大;考虑卸载作用后,泥页岩地层的坍塌压力增大,尤其在高地应力和各向异性较强的泥页岩地层,由卸载造成的坍塌压力增量更为明显;井筒与最小水平主应力的夹角较小时,可以降低卸载对泥页岩井壁稳定性的影响。研究结果表明,卸载对泥页岩地层坍塌压力的影响不可忽视,进行钻井液设计时应考虑卸载对坍塌压力的影响。
加砂油井水泥石高温力学性能衰退机制研究进展
姚晓, 葛荘, 汪晓静, 周仕明, 解志益, 何青水
2018, 46(1): 17-23. doi: 10.11911/syztjs.2018008
摘要:
加砂油井水泥是常用高温固井材料,但在部分高温地层服役时存在短期内水泥石力学性能明显衰退及水泥环层间封隔失效问题,明确其高温力学性能失效机制将有助于合理使用加砂油井水泥。为此,笔者调研了国内外加砂油井水泥高温水化产物和石英砂(掺量、粒径)对加砂水泥石力学性能影响的相关文献,并对其进行了归纳分析。结果表明:加砂油井水泥石在110~210℃温度下服役,可长期保持较好的抗高温性能;在210~300℃静态水环境下,通过调整石英砂级配和掺量可延缓水泥石高温下力学性能的衰退;地层温度超过300℃且处于动态水环境时,由于SiO2大量溶出,加砂油井水泥石难以满足热采井固井质量要求。此外,基于对加砂水泥石硅溶出、水化产物脱钙现象及硬硅钙石晶粒形貌变化的分析,探讨了加砂油井水泥石高温力学性能失效作用机制,并提出了改善其高温力学性能的技术措施。
丁页5井“井筒一体化”钻井提速技术
崔海林, 周延军, 唐洪林, 曹立明, 孙荣华, 肖新磊
2018, 46(1): 24-29. doi: 10.11911/syztjs.2018029
摘要:
丁山区块页岩气井钻井时存在机械钻速低和钻井周期长的问题,为提速、提效,在该区块丁页5井探索实施了"井筒一体化"钻井提速技术。提出了"井筒一体化"钻井提速模式,将井筒工程中不同专业技术服务由一个承包商统筹管理、综合应用,以解决多个承包商提供单项技术服务时技术针对性不强和衔接性不好的问题;围绕"井筒一体化"钻井提速模式如何最大化地提高钻井速度和时效,研究实施了空气/雾化钻井、PDC钻头优选改进、配套提速工具、防斜打直工艺和钻井液等各单项技术措施。"井筒一体化"钻井提速技术在丁页5井的试用结果显示,与邻井相比,平均机械钻速提高25%,钻井周期缩短41.95 d。由此表明,"井筒一体化"钻井提速技术有利于发挥各单项技术的优势,互补不足,从而实现提速提效。
基于真实裂缝试验装置的液液重力置换试验研究
侯绪田, 赵向阳, 孟英峰, 杨顺辉, 李皋, 刘文臣
2018, 46(1): 30-36. doi: 10.11911/syztjs.2018036
摘要:
为了解裂缝性地层发生液液置换过程中流体在裂缝中的真实流动形态,通过扫描现场实际露头裂缝,构建了真实的裂缝空间,根据裂缝性地层液液重力置换机理,利用可视化井筒-地层耦合流动试验装置进行了钻井液与模拟地层流体的可视化重力置换试验,分析了裂缝宽度、井口回压、钻井液密度、钻井液黏度和地层流体黏度对定容性地层液液置换量的影响规律,并根据量纲分析理论回归了置换量与各影响因素的关系。结果表明:裂缝宽度、井口回压和钻井液密度增大,置换速率和置换量均增大;钻井液和地层流体黏度升高,置换速率和置换量均减小;循环当量密度相同时,采用低密度钻井液加回压的方式,置换量较小。这表明,裂缝两端的压差是发生液液置换的主要原因,而钻井液与地层流体的密度差与黏度差是导致裂缝两端产生压差的主要因素。
塔里木盆地深层中-高渗砂岩储层钻井完井损害评价
滕学清, 康毅力, 张震, 游利军, 杨玉增, 林冲
2018, 46(1): 37-43. doi: 10.11911/syztjs.2018007
摘要:
针对塔里木盆地A区块深层中孔中-高渗砂岩储层钻井完井过程中储层损害严重的问题,基于储层地质特征分析了潜在的储层损害因素,通过室内损害评价试验和钻井液侵入深度数值模拟评价了储层损害的程度,分析了储层损害的机理,探讨了储层损害控制原则。试验结果为:储层流体敏感性损害率为11%~34%,总体较弱;钻井液损害较严重,钻井液动态损害储层岩样的渗透率恢复率为35%~70%,钻井液滤液静态损害储层岩样的损害率为28%~47%;钻井周期内钻井液滤液侵入储层的深度可达几十米。研究结果表明,钻井液固相颗粒粒径偏小和深层高温下屏蔽暂堵材料的磨蚀粒度降级导致滤饼暂堵能力和承压能力不足,引发固相堵塞和钻井液与地层流体的不配伍反应,造成了A区块深层中-高渗砂岩储层损害。研究成果可为制定深层中孔中-高渗砂岩储层损害控制原则及配套技术措施提供依据。
低活度强抑制封堵钻井液研究与应用
于雷, 张敬辉, 李公让, 赵怀珍, 刘天科
2018, 46(1): 44-48. doi: 10.11911/syztjs.2018031
摘要:
济阳坳陷沙河街组地层油泥岩黏土矿物含量高,以伊/蒙混层、伊利石为主,且微裂缝发育,钻井过程中易发生坍塌、掉块等井壁失稳问题,为此进行了低活度强抑制封堵钻井液研究。利用油泥岩的半透膜作用,根据活度平衡理论,通过优化活度调节剂的加量来降低钻井液的活度,通过优选抑制剂来提高钻井液的抑制性,并利用"钻井液全固相粒度优化+多元协同封堵"技术优选封堵剂提高钻井液的封堵性,形成了低活度强抑制封堵钻井液。室内性能评价结果表明,低活度强抑制封堵钻井液的常规性能满足钻井要求,其活度低于油泥岩的活度,抑制性能与油基钻井液接近,封堵性能良好,动滤失速率在10 min时显著降低,60 min后逐渐趋于平缓。10余口井的现场应用表明,低活度强抑制封堵钻井液的常规性能满足钻井要求,钻井过程中油泥岩和泥页岩井段未发生坍塌、掉块等井壁失稳问题。这表明,低活度强抑制封堵钻井液可以减缓油泥岩、泥页岩的吸水膨胀和水化分散,实现微裂缝的有效封堵,能够解决水平井段油泥岩、泥页岩坍塌、掉块等井壁失稳问题。
快速滤失固结堵漏材料ZYSD的研制及应用
田军, 刘文堂, 李旭东, 刘云飞, 郭建华
2018, 46(1): 49-54. doi: 10.11911/syztjs.2018011
摘要:
裂缝性漏失的漏失通道复杂且诱导敏感性强,采用常规桥塞堵漏材料堵漏,由于堵漏材料的粒径难以与裂缝尺寸相匹配,堵漏成功率低,且易发生重复漏失,而采用水泥浆堵漏,不但水泥浆驻留性差且存在安全风险。为此,根据"快速滤失驻留+纤维成网封堵+胶凝固化"的堵漏思路,选用滤失材料、纤维成网材料及胶凝材料复配了适用于裂缝性漏失的快速滤失固结堵漏材料ZYSD。室内性能评价表明:ZYSD堵漏浆的悬浮稳定性好,1 min析水率小于5%;滤失速度快,在0.69 MPa压力下全滤失时间为10~15 s;封堵能力强,在缝宽5.0~10.0 mm裂缝中形成封堵层的承压能力达18.5 MPa。ZYSD堵漏材料在鄂北、延长、冀东、中原和涪陵等油气田应用了32井次,一次堵漏成功率达87.5%,且未再发生重复漏失。这表明ZYSD堵漏材料可以有效解决裂缝性漏失堵漏成功率低、堵漏有效期短,易发生重复漏失的问题。
加载方式对水泥石气密封性影响研究
杜金龙, 金衍, 陈勉, 卢运虎, 李坤朝, 王世永
2018, 46(1): 55-61. doi: 10.11911/syztjs.2018009
摘要:
页岩气井水泥环的气密封性能至关重要,而水泥环在页岩气井生产过程中所受的载荷复杂,其气密封性必然会受到影响,进而会影响整个井筒的完整性。因此,为了了解水泥环在不同载荷条件下的密封失效形式和各因素的影响规律,在对水泥石进行三轴循环加载试验的基础上,对其渗透率和声发射特性进行监测,研究了水泥石气密封性在不同加载方式下的变化。结果表明:水泥石在加载过程中,有扩容损伤的特性,且渗透率会随着扩容点的出现而迅速升高;循环加卸载峰值高于扩容点应力时,循环加卸载对水泥石的损伤严重,渗透率升高较快,气密封性失效风险明显增大。研究表明,添加增韧材料可以提高水泥石的抗损伤能力,从而提高水泥环的气密封性。
PDC钻头三维扫描及逆向设计技术
张栋
2018, 46(1): 62-67. doi: 10.11911/syztjs.2018019
摘要:
利用常规技术设计制造PDC钻头存在精度低、效率不高、方法不系统等问题,为解决该问题,研究应用了三维扫描及逆向设计技术。简单介绍了三维扫描及逆向设计技术,分析了PDC钻头三维扫描及逆向设计的方法及优点;以φ215.9 mm五刀翼、φ16.0 mm复合片的PDC钻头为例,介绍了PDC钻头三维扫描及逆向设计步骤。采用三维扫描及逆向设计技术设计制造的PDC钻头在现场进行了试验,并分析了其磨损情况,根据分析结果对钻头又进行了改进。改进后的钻头在胜利油田和长庆油田进行了应用,应用情况显示,无论进尺还是机械钻速,改进后的钻头都较原型钻头有很大提高,并降低了发生泥包的概率。研究结果表明,利用三维扫描及逆向设计技术可以优化PDC钻头设计、提高钻头体加工精度、精确分析钻头磨损情况等,从而提高PDC钻头的研制水平和应用效果。
钻头钻削桥塞过程受力分析与试验研究
兰乘宇, 丁宇奇, 刘巨保, 戴子威, 周辉宇, 刘玉喜
2018, 46(1): 68-74. doi: 10.11911/syztjs.2018032
摘要:
为了定量分析和控制连续油管钻头钻削桥塞过程中的钻压和扭矩,预防钻屑过大,返屑困难,对复合桥塞钻削过程进行了力学分析。通过建立连续油管钻头钻削桥塞过程力学分析模型,分析了钻头钻压与压入深度和扭矩与切屑之间的力学关系,得到了钻压、扭矩与切削深度的力学方程。为验证该力学方程计算结果的准确性,在2口井进行了现场试验,共钻掉9个桥塞。试验显示,计算结果与现场试验结果的最大相对误差为15%,可满足预测实际钻塞深度的精度需求。研究结果表明,建立的连续油管钻头钻削桥塞过程力学分析模型可以描述钻压、扭矩与切削深度之间的力学关系,对桥塞钻削施工中钻压与扭矩的控制具有指导意义。
长庆油田低渗透油藏聚合物微球深部调驱工艺参数优化
贾玉琴, 郑明科, 杨海恩, 周广卿
2018, 46(1): 75-82. doi: 10.11911/syztjs.2018030
摘要:
为了提高聚合物微球深部调驱技术在长庆油田低渗透非均质性油藏的应用效果,在先导试验的基础上,在室内开展了不同粒径聚合物微球微观测试和模拟岩心流动试验,优选了低、中、高含水阶段的微球粒径,模拟优化了不同含水阶段聚合物微球深部调驱注入工艺参数及段塞组合。该技术在安塞、西峰、靖安、姬塬等油田43口井进行了现场应用,油井产量自然递减率平均降低3.0百分点以上,含水上升率平均降低2.2百分点,累计增油16 000 t以上,累计降水21 400 m3。室内试验和现场应用结果表明,聚合物微球深部调驱技术对长庆油田低渗透油藏具有较好的适应性,解决了长庆油田低渗透油藏开发中存在的油井多向性见水、含水上升快和单井产能低等问题。
分层注水井测调一体化新技术
刘红兰
2018, 46(1): 83-89. doi: 10.11911/syztjs.2018020
摘要:
针对分层注水井测调一体化技术存在的水嘴漂移、测调累计误差较大和小夹层注水井难以定位等问题,在室内试验及数值分析的基础上,对可调配水器和一体化测调仪器进行了结构优化,研制了防自转可调配水器、双流量计一体化测调仪和电磁精确计深装置,形成了测调一体化新技术。室内试验表明,测试流量大于20.0 m3/d、井斜角大于30°时,改进后的带有支撑机构的双流量计一体化测调仪计量稳定,误差基本控制在2.5%以内。该技术在胜利油田6口分层注水井进行了现场应用,测调成功率100%,层段合格率达到90.1%,单井测调时间平均缩短25%以上。研究认为,测调一体化新技术不仅提高了胜利油田注水开发效果,也可以满足其他水驱开发油田精细分层注水的要求。
基于阿基米德双螺旋线原理的水力喷射压裂技术
仝少凯, 高德利
2018, 46(1): 90-96. doi: 10.11911/syztjs.2018013
摘要:
针对水平井多级压裂双簇水力喷射效果不佳、上下游喷射器冲蚀不均匀和水平井筒内携砂流体中砂粒易沉降等问题,研究了基于阿基米德双螺旋线原理的水力喷射压裂技术。根据阿基米德双螺旋线原理,设计了双螺旋水力喷射压裂管柱及喷射器,并采用可视化试验方法对双螺旋特性进行了室内携砂评价试验;根据牛顿第二定律建立了水力喷射压裂工况下等径直管和双螺旋管柱内携砂流体中砂粒运移的动力学方程,得出了等径直管和双螺旋管柱内砂粒的运动速度计算模型。研究得出,双螺旋水力喷射压裂管柱及喷射器能起到螺旋旋流作用,均衡双簇水力喷射压裂效果和降低上、下游水力喷射器冲蚀的非均匀性;等径直管内砂粒的运动规律符合恒定加速度运动方程,双螺旋管内砂粒的运动规律符合变加速度运动方程。研究结果表明,采用双螺旋结构水力喷射压裂管柱及喷射器是可行的,在均衡多级水力喷射压裂效果和提高水平井筒内携砂流体携砂能力方面具有显著作用。
多段压裂水平井拖动管柱找水关键技术
崔文昊, 苏祖波, 康健, 韩光顺, 吕亿明, 朱洪征
2018, 46(1): 97-102. doi: 10.11911/syztjs.2018014
摘要:
长庆油田长水平段水平井应用拖动管柱找水工艺时,存在配套的皮碗封隔器胶筒密封性变差和起钻时皮碗脱落的问题,为此对其进行了针对性研究。通过室内模拟井下环境,利用滚珠丝杠控制皮碗封隔器在套管内往复运动,得到每摩擦500.00 m时的皮碗磨损量,根据承压试验确定其最大下深为2 500.00 m;通过改进Y211型拖动压裂封隔器结构、优选胶筒材料,研制了分别应用于单封和双封拖动管柱找水工艺的Y211-1型和Y211-2型封隔器;同时,研制了可在水平段重复坐封的新Y111型封隔器,以确保能够实施双封拖动管柱找水工艺。研究的新型封隔器和拖动管柱找水工艺已在长庆油田6口水平井应用,应用结果显示,1套封隔器可以完成2口井的找水作业,测试成功率由之前的91.3%提高至100.0%,单井测试费用仅为皮碗封隔器拖动管柱找水的一半。研究结果表明,新型封隔器使拖动管柱找水工艺更简便、费用更低,在长水平段水平井中的应用效果良好。
涪陵焦石坝区块页岩气井动态合理配产技术
沈金才
2018, 46(1): 103-109. doi: 10.11911/syztjs.2018035
摘要:
涪陵页岩气田焦石坝区块页岩气井的渗流特征、产量递减特征和生产特征呈现分阶段变化和分区差异性,目前没有适用该类页岩气井的配产方法。借鉴国外页岩气生产经验,根据页岩储层应力敏感试验结果和实际生产情况,确定采用定产控压的生产方式。在此基础上,借鉴常规气藏配产方法,根据该区块页岩气井实际生产特征,选用采气指示曲线法和不稳定产量分析法确定不同产能页岩气井的合理配产系数。引进页岩气井分区、分阶段动态合理配产的理念,结合分区不同产能区间页岩气井产能的递减规律,按照页岩气井当前累计产气量对应产能的合理配产系数调整配产。按照此方法对涪陵焦石坝区块页岩气井的配产进行了调整,调整后既满足了该区块页岩气井稳产3年左右的需要,又使页岩气藏获得了较高的采收率和较好的经济效益。
考虑蒸汽超覆的稠油蒸汽吞吐产能预测模型
田亚鹏, 鞠斌山, 胡杰
2018, 46(1): 110-116. doi: 10.11911/syztjs.2018028
摘要:
常规稠油油藏蒸汽吞吐产能预测模型假设注入蒸汽活塞式驱替原油,油层顶底加热面积相同,实际生产过程中,由于原油和蒸汽密度不同产生重力分异作用,出现蒸汽超覆现象,导致油层顶部加热面积大于底部加热面积。通过确定顶底盖层加热半径之间的关系,引入等效半径,在拟稳态产量公式基础上,建立了考虑蒸汽超覆的蒸汽吞吐产能预测模型。以孤岛油田M区块为例,分别采用本文模型、Marx模型和商业模拟器CMG计算产能。模拟结果表明,Marx模型由于未考虑蒸汽超覆现象造成热损失较小,预测产能偏高,平均相对误差为41%,而本文模型计算结果平均相对误差为12%,最小相对误差为7%,与商业软件计算结果较吻合。研究结果表明,考虑蒸汽超覆的稠油蒸汽吞吐产能预测模型具有一定可靠性,可用于稠油油藏蒸汽吞吐产能预测。
潜山裂缝性油藏见水规律及裂缝分布规律分析方法
朱志强, 李云鹏, 吕坐彬, 孟智强, 杨志成
2018, 46(1): 117-121. doi: 10.11911/syztjs.2018033
摘要:
潜山裂缝性油藏的裂缝分布随机性强,非均质性差别大,导致开发过程中油井水淹规律复杂,但目前还没有识别地下储层裂缝分布的有效方法。为此,以渤海JZS潜山油藏为例,利用其丰富的动态资料,分析了不同油井的见水特征,总结得出了该潜山裂缝性油藏"台阶形"见水特征及由局部裂缝见水逐渐发展为整体见水的含水率上升规律;基于该潜山裂缝性油藏的见水规律,选取剖面压力均等模型作为裂缝性油藏见水预测模型,通过拟合实际油井的见水特征反算了地下裂缝的分布情况,分析得出潜山裂缝性油藏具有较强的非均质性以及其裂缝具有对数正态分布的特征。研究认为,将裂缝对数正态分布这一特征作为约束条件应用到潜山裂缝性油藏的地质建模中,可在很大程度上提高该类油藏含水率拟合结果的准确性,这对类似裂缝性油藏的数值模拟和有效开发具有借鉴意义。
井筒微芯片示踪器电源技术及现场试验
朱祖扬, 吴海燕, 张林, 李丰波, 赵金海, 张卫
2018, 46(1): 122-127. doi: 10.11911/syztjs.2018012
摘要:
微芯片示踪器的工作性能受电源影响较大,有时在井下不能采集到完整的数据,为此,设计了以可充电锂电池为电源,采用无线充电技术给其充电的供电方案。通过充放电试验考察了无线充电过程中充电电压与送电电压、线圈对心距和充电时间的关系,以及高温环境对电池放电特性的影响。结果表明:送电电压和线圈对心距之间相互影响,送电电压较小和充电距离过大,充电电压均达不到充电要求,反之充电电压过大会导致电池被充爆;充电时间越长充电效果越好,但会增长现场作业时间,而充电时间过短又会导致电池充电不充分;锂电池高温下的放电速度比常温下快。现场入井试验结果表明,采用设计供电方案的微芯片示踪器能够采集到整个井筒的温度数据。这表明微芯片示踪器采用设计的供电方案可以解决示踪器工作性能受电源影响的问题。
螺绕环激励式随钻侧向测井仪测量强度影响因素及响应特性
李铭宇, 柯式镇, 康正明, 李新, 倪卫宁
2018, 46(1): 128-134. doi: 10.11911/syztjs.2018025
摘要:
与传统的随钻电极型电阻率测井仪相比,螺绕环激励式随钻侧向测井仪具有不易磨损,工艺难度小的优点,但国内对于该仪器的理论研究很少。基于三维有限元法,研究了螺绕环激励式随钻侧向测井仪的测井响应特征,分析了仪器结构参数对测量信号强度的影响。模拟结果表明:测量信号强度与接收线圈距呈正相关关系,仪器源距和钻头短节越长,仪器测量信号的强度越弱。根据模拟结果优选了模拟参数,研究了不同地层电阻率对比度下仪器的探测特性,分析了仪器在不同井斜角和围岩环境下斜井中的测井响应特征。螺绕环激励式随钻侧向测井仪探测深度较电缆式侧向测井仪浅,但可以满足随钻测井需求。研究结果对螺绕环激励式随钻侧向测井仪结构参数设计及测井解释方法研究均具有一定的指导意义。